Nevtronska zvezda je gravitacijsko strnjeno jedro masivne zvezde. Ko velike zvezde porabijo vse svoje jedrsko gorivo, zgradijo železno jedro, veliko kot planet Jupiter, ki vsebuje približno 1.44 sončne mase materiala. Ker zlivanje železovih jeder zahteva vlaganje več energije, kot je proizvedena, jedrska fuzija ne proizvaja več tlaka v jedru, ki je potreben za preprečitev, da bi se zvezda sesedla vase.
V zadnjih trenutkih kolapsa se faza železnega jedra velikanske zvezde spremeni v nevtronij, stanje snovi, kjer se vsi elektroni in protoni v atomih železa zlijejo skupaj, da ne tvorijo nič drugega kot nevtrone. Ker so nevtroni nevtralni, se ne odbijajo drug od drugega, kot to počnejo negativno nabiti oblaki elektronov v običajni snovi. Nevtronij, ki ga potiska skupaj z ogromno gravitacijsko energijo, ima podobno gostoto kot atomsko jedro in dejansko lahko celotno jedro obravnavamo kot veliko atomsko jedro. Njen vir svetlobe in toplote je prekinjen, zunanje plasti zvezde padejo navznoter, nato pa se po udarcu ob skoraj nestisljiv nevtronij odbijejo nazaj. Rezultat je supernova, proces, ki traja od dni do mesecev.
Končni rezultat je ostanek supernove, nevtronska zvezda med 1.35 in 2.1 sončne mase, s polmerom med 20 in 10 km. To je masa večja od Sonca, zgoščenega v prostoru velikosti majhnega mesta. Nevtronska zvezda je tako gosta, da ena čajna žlička njenega materiala tehta milijardo ton (več kot 1.1 milijarde ton).
Odvisno od mase nevtronske zvezde se lahko hitro sesede v črno luknjo ali pa ostane praktično za vedno. Različne nevtronske zvezde vključujejo radijske pulsarje, rentgenske pulsarje in magnetarje, ki so podkategorija radijskih pulsarjev. Večini nevtronskih zvezd pravimo pulzarji, ker oddajajo redne impulze radijskih valov s pomočjo natančnega fizičnega mehanizma, ki ni povsem razumljen, in počasi črpajo energijo iz lastnega kotnega momenta.
Nekatere nevtronske zvezde ne oddajajo vidnega sevanja. To je verjetno zato, ker se radijski impulzi oddajajo z njihovih polov in polovi nekaterih nevtronskih zvezd niso obrnjeni proti Zemlji.
Rentgenski pulsarji oddajajo rentgenske žarke in ne radijske valove in jih poganja izjemno vroča pritekajoča snov in ne njihova lastna rotacija. Če v nevtronsko zvezdo pade dovolj snovi, se lahko zruši v črno luknjo.
Najbolj intenzivna vrsta nevtronske zvezde je tista, ki prihaja iz matične zvezde, ki se zelo hitro vrti. Če se zvezda vrti dovolj hitro, se hitrost vrtenja ujema z notranjimi konvektivnimi tokovi in ustvari naravni dinamo, ki črpa magnetno polje kolapsirajoče zvezde do izjemnih ravni. Zvezda se potem imenuje magnetar. Magnetar ima magnetno polje, podobno polju bilijona zvezd, ki so vredne močnih neodimskih magnetov, ki se prekrivajo na istem mestu.